嵌段共聚物的自组装形态

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运用实空间数值求解自洽场方程组的方法,系统研究了线型和星型ABC三嵌段共聚物熔体的热力学平衡有序形态及三组分三角形相图,着重讨论了高分子链的拓扑结构、链段的序列分布、组分间相互作用参数的大小(相分凝程度)及相互作用参数的对称性程度等对相形态的影响;同时运用含时TDGL方程研究了嵌段共聚物在曲面特别是球面上的相分离,旨在考察自组装有序相结构的动力学路径及过程.通过本文呈现的一幅幅系统,涵盖了大范围分子参数空间的三角形形态相图,可以帮助和指导实验有目的地调控分子参数,筛选合适的共聚物体系,以期得到更多更新颖的嵌段共聚物纳米级有序自组装材料.主要内容如下:通过系统考察线型ABC三嵌段共聚物的共聚物组成、相互作用参数、相分凝程度、不同的嵌段序列对其相结构的影响,共发现七种不同的热力学稳定的自组装形态:包括层状、六角晶格、核-壳型六角晶格、四角晶格、小珠粒均匀分散在层状相中间、小珠粒均匀分散在两层层状相的界面、小珠粒均匀分散在柱状相界面的六角晶格相.通常当共聚物组成分数和二元相互作用参数彼此间差别不大时,易得到层状相;当其中一个组分的体积分数较大时,分两种情况:如果中间嵌段的组成最大,核-壳型六角晶格是最稳定的有序相;如果两个外端嵌段之一的体积分数最大,则出现相互交替的四角晶格相.对于星型ABC三嵌段共聚物,由于嵌段A,B和C的一端必须汇聚于一个核心点,因此除了共聚物组成、相互作用参数、相分凝程度对相结构的影响之外,显然这种链拓朴结构的约束必然会导致其不同于线型嵌段共聚物的相结构,但与线型ABC嵌段共聚物不同的是不存在嵌段序列的影响.本文所讨论的参数空间共得到九种有序相结构:六角晶格;核-壳型六角晶格;三色层状相;三色六角形蜂窝状相;编织图案;8,8,4多边形;珠粒交替分散的层状相;10,6,4多边形;小珠粒成直线均匀分散在两层层状相的界面.当三种组分的组成差别不大时,星型嵌段共聚物的链拓扑结构约束效应更加突出,因此在组成三角形相图的中心区域观察到线型ABC三嵌段共聚物中没有出现的复杂相形态.最后,为了研究嵌段共聚物有序自组装结构的微相分离动力学过程,运用含时TDGL方程讨论了AB两嵌段共聚物在曲面特别是球面上的侧向相分离(latera lphase separation)动力学形态演化规律.
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